JP2006050703A

JP2006050703A - アキシャルギャップモータの構造

Info

Publication number: JP2006050703A
Application number: JP2004225458A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Nakayama; 裕介中山; Takashi Kato; 崇加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: JP4613545B2

Abstract

【課題】モータの体積利用率を増やすことができ、トルク密度を向上させることができるアキシャルギャップモータの構造を提供する。
【解決手段】ロータバックヨーク８に、永久磁石９を設けてなる円盤状のロータ３と、ステータバックヨーク１０に、コイル１１を巻回したステータコア１２を設けた円盤状のステータ５とを、エアギャップ４を介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップモータ１の構造において、ステータ５を、外周側の第１のステータ５−１と内周側の第２のステータ５−２とから構成するとともに、ロータ３を、第１のステータに対向する外周側の第１のロータ３−１と第２のステータに対向する内周側の第２のロータ３−２とからなり、第１のロータと第２のロータとの境界に磁束を切る部材２１を設けて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータバックヨークに、永久磁石を設けてなる円盤状のロータと、ステータバックヨークに、コイルを巻回したステータコアを設けた円盤状のステータとを、エアギャップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップモータの構造に関するものである。

従来、ロータバックヨークに、永久磁石を設けてなる円盤状のロータと、ステータバックヨークに、コイルを巻回したステータコアを設けた円盤状のステータとを、エアギャップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップモータは、種々の構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２５３６３５号公報

図８は従来のアキシャルギャップモータにおけるステータの一例を説明するための図である。図８に示す例において、従来のアキシャルギャップモータにおけるステータ５１は、例えば電磁鋼板を積層して構成される円盤状のステータバックヨーク５２の表面上に、円周方向に等間隔にステータコア５３（各々図示しないコイルを巻回している）を配置して構成されている。なお、各ステータコア５３の文字は、そのステータコア５３に印加される３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を示している。

従来のアキシャルギャップモータでは、図８に示すように、円盤状のステータバックヨーク５２にステータコア５３を環状に配置すると、ステータ５１の内周部にトルクに関わらない大きなスペースが出来てしまうので、体積利用率が低く、トルク密度も下がってしまう問題があった。また、ステータコア５３を内周部に延長して細くして配置しても、トルクは外周側だけによるので、無駄なコストがかかるだけであった。さらに、ステータコア５３を内周方向に延長した場合は、隣接するステータコア５３間のスペースが極端に少なくなり、コイルが巻けなくなってしまう問題もあった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、モータの体積利用率を増やすことができ、トルク密度を向上させることができるアキシャルギャップモータの構造を提供しようとするものである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造は、ロータバックヨークに、永久磁石を設けてなる円盤状のロータと、ステータバックヨークに、コイルを巻回したステータコアを設けた円盤状のステータとを、エアギャップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップモータの構造において、ステータを、外周側の第１のステータと内周側の第２のステータとから構成するとともに、ロータを、第１のステータに対向する外周側の第１のロータと第２のステータに対向する内周側の第２のロータとからなり、第１のロータと第２のロータとの境界に磁束を切る部材を設けて構成したことを特徴とするものである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造では、ステータを、外周側の第１のステータと内周側の第２のステータとから構成するとともに、ロータを、第１のステータに対向する外周側の第１のロータと第２のステータに対向する内周側の第２のロータとからなり、第１のロータと第２のロータとの境界に磁束を切る部材を設けて構成することで、内周部の空いていたスペースにもう１つのアキシャルギャップモータを配置することとなるため、体積を増加させることなく、トルクの向上を狙うことができる。その結果、モータの体積利用率を増やし、トルク密度を向上させることができる。

なお、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例においては、内周側の第２のステータ及び第２のロータの極対数を、外周側の第１のステータ及び第１のロータの極対数よりも少なくすることができる。このように構成すれば、モータの体積利用率をより効率よく増やすことができ、トルク密度をより向上させることができる。

また、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例においては、内周側の第２のステータを構成するステータコアの幅を狭くすることができる。このように構成すれば、内周側の第２のステータ及び第２のロータの極対数を少しでも多くすることができ、モータの体積利用率をより効率よく増やすことができ、トルク密度をより向上させることができる。

さらに、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例においては、外周側の第１のステータと内周側の第２のステータとを別に制御することができる。このように構成すれば、極対数の異なる外周側の第１のステータと内周側の第２のステータとを別々に制御することで、最適なトルクを出力でき、モータのトルク密度を向上さｓれうことが出来る。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明のアキシャルギャップモータの構造の一例を説明するための図である。図１に示す例において、回転軸となるロータ軸２と、ロータ軸２に固定された円盤状のロータ３と、ロータ３に対向してエアギャップ４を隔てて設けられたステータ５とを、ハウジング６内に収納して、アキシャルギャップモータ１を構成している。本例において、ロータ軸２は、ベアリング７−１、７−２を介して、ハウジング６に回転自在に装着されている。また、ロータ３は、円盤形状のロータバックヨーク８と、ロータバックヨーク８に設けられた永久磁石９とから構成されている。さらに、ステータ５は、円盤形状のステータバックヨーク１０内に、コイル１１を巻回したステータコア１２を複数個、等間隔で円周状に配置して構成されている。さらにまた、ステータバックヨーク１０は、ハウジング６の冷却水路１３の設けられた面に装着されている。なお、１４はロータ軸に装着されたエンコーダである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造の特徴は、ステータ５を、外周側のアウターステータ５−１（第１のステータ）と内周側のインナーステータ５−２（第２のステータ）とから構成するとともに、ロータ３を、アウターステータ５−１に対向する外周側のアウターロータ３−１（第１のロータ）とインナーステータ５−２に対向する円周側のインナーロータ３−２（第２のロータ）とから構成し、さらに、アウターロータ３−１とインナーロータ３−２との境界に磁束を切る非磁性体２１を設けて構成した点である。ここで、非磁性体２１はアウターロータ３−１とインナーロータ３−２との間で磁束を切る作用を有する。

ここで、アウターステータ５−１は、例えば電磁鋼板をアキシャル方向に積層して構成されたステータバックヨーク１０の外周側に所定の間隔で設けたスロット２２−１に、コイル１１−１を巻回されたアウターステータコア１２−１を挿入して構成されている。同様に、インナーステータ５−２は、ステータバックヨーク１０の内周側に所定の間隔で設けたスロット２２−２に、コイル１１−２を巻回されたインナーステータコア１２−２を挿入して構成されている。また、アウターロータ３−１は、外周側のロータバックヨーク８−１の表面上に、アウターステータ５−１のアウターステータコア１２−１に対向して、永久磁石９−１を設けることで構成されている。同様に、インナーロータ３−２は、内周側のロータバックヨーク８−２の表面上に、インナーステータ５−２のインナーステータコア１２−２に対向して、永久磁石９−２を設けることで構成されている。そして、外周側のロータバックヨーク８−１と内周側のロータバックヨーク８−２とは、その境界に設けられた非磁性体２１を挟んで一体となるよう構成されている。

図１に示す本発明のアキシャルギャップモータの構造によれば、従来のアキシャルギャップモータにおいて内周部の空いていたスペースに一対のインナーロータ３−２とインナーステータ５−２とを設けることができるため、内周部の空いていたスペースにもう１つのアキシャルギャップモータを配置したことと同様の効果を得ることができる。そのため、体積を増加させることなく、トルクの向上を狙うことができる。その結果、モータの体積利用率を増やすことができ、トルク密度をより向上させることができる。

次に、本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータ及びステータの詳細な構成について説明する。

図２〜図４はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるステータの一例を示す図である。図２に示す例では、ステータバックヨーク１０の外周側に１８個のスロット２２−１を設け、各スロット２２−１にアウターステータコア１２−１を挿入するとともに、ステータバックヨーク１０の内周側に９個のスロット２２−２を設け、各スロット２２−２にインナーステータコア１２−２を挿入して、アウター６極対でインナー３極対のステータ５を構成している。

また、図３に示す例では、ステータバックヨーク１０の外周側に１８個のスロット２２−１を設け、各スロット２２−１にアウターステータコア１２−１を挿入するとともに、ステータバックヨーク１０の内周側に６個のスロット２２−２を設け、各スロット２２−２にインナーステータコア１２−２を挿入して、アウター６極対でインナー２極対のステータ５を構成している。

さらに、図４に示す例では、ステータバックヨーク１０の外周側に１８個のスロット２２−１を設け、各スロット２２−１にアウターステータコア１２−１を挿入するとともに、ステータバックヨーク１０の内周側に１８個のスロット２２−２を設け、各スロット２２−２にインナーステータコア１２−２を挿入して、アウター６極対でインナー６極対のステータ５を構成している。なお、図４に示す例では、本発明の好適例として円周側のインナーステータコア１２−２の幅を狭くすることで、円周側に１８個のインナーステータコア１２−２を設けることを可能としている。

図５〜図７はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの一例を示す図である。図５に示す例では、外周側のロータバックヨーク８−１の表面に、１２個の永久磁石９−１を隣り合う磁石の磁束の方向が互いに逆になるよう設けるとともに、内周側のロータバックヨーク８−２の表面に、６個の永久磁石９−２を隣り合う磁石の磁束の方向が互いに逆になるよう設け、さらに、外周側のロータバックヨーク８−１と内周側のロータバックヨーク８−２とを非磁性体２１を介して一体に構成することで、アウター６極対でインナー３極対のロータ３を構成している。

図６に示す例では、外周側のロータバックヨーク８−１の表面に、１２個の永久磁石９−１を隣り合う磁石の磁束の方向が互いに逆になるよう設けるとともに、内周側のロータバックヨーク８−２の表面に、４個の永久磁石９−２を隣り合う磁石の磁束の方向が互いに逆になるよう設け、さらに、外周側のロータバックヨーク８−１と内周側のロータバックヨーク８−２とを非磁性体２１を介して一体に構成することで、アウター６極対でインナー２極対のロータ３を構成している。

図７に示す例では、外周側のロータバックヨーク８−１の表面に、１２個の永久磁石９−１を隣り合う磁石の磁束の方向が互いに逆になるよう設けるとともに、内周側のロータバックヨーク８−２の表面に、１２個の永久磁石９−２を隣り合う磁石の磁束の方向が互いに逆になるよう設け、さらに、外周側のロータバックヨーク８−１と内周側のロータバックヨーク８−２とを非磁性体２１を介して一体に構成することで、アウター６極対でインナー６極対のロータ３を構成している。

上述した構成のステータ５及びロータ３、さらには、他の構成のステータ及びロータを適宜選択することで、本発明のアキシャルギャップモータの構造を得ることができる。その際、図２のステータ５と図５のロータ３の組合せ、図３のステータ５と図６のロータ３の組合せ、のように、内側の極対数を外側の極対数よりも少なくすることが好ましい。その理由は、内側極対数を外側極対数よりも少なくすることで、ステータの内側についてもコイルを巻くだけのスペースを確保でき、ステータとしての機能を果たすことができるためである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータにおいて、モータの体積利用率を増やすことができ、トルク密度を向上させることを目的とする用途に好適に使用することができる。

本発明のアキシャルギャップモータの構造の一例を説明するための図である。本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるステータの一例を示す図である。本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるステータの他の例を示す図である。本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるステータのさらに他の例を示す図である。本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの一例を示す図である。本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの他の例を示す図である。本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の例を示す図である。従来のアキシャルギャップモータにおけるステータの一例を説明するための図である。

符号の説明

１アキシャルギャップモータ
２ロータ軸
３ロータ
３−１アウターロータ
３−２インナーロータ
４エアギャップ
５ステータ
５−１アウターステータ
５−２インナーステータ
６ハウジング
７−１、７−２ベアリング
８、８−１、８−２ロータバックヨーク
９、９−１、９−２永久磁石
１０ステータバックヨーク
１１、１１−１、１１−２コイル
１２ステータコア
１２−１アウターステータコア
１２−２インナーステータコア
１３冷却水路
１４エンコーダ
２１非磁性体
２２−１、２２−２スロット

Claims

ロータバックヨークに、永久磁石を設けてなる円盤状のロータと、ステータバックヨークに、コイルを巻回したステータコアを設けた円盤状のステータとを、エアギャップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップモータの構造において、ステータを、外周側の第１のステータと内周側の第２のステータとから構成するとともに、ロータを、第１のステータに対向する外周側の第１のロータと第２のステータに対向する内周側の第２のロータとからなり、第１のロータと第２のロータとの境界に磁束を切る部材を設けて構成したことを特徴とするアキシャルギャップモータの構造。
内周側の第２のステータ及び第２のロータの極対数を、外周側の第１のステータ及び第１のロータの極対数よりも少なくする請求項１に記載のアキシャルギャップモータの構造。
内周側の第２のステータを構成するステータコアの幅を狭くする請求項１または２に記載のアキシャルギャップモータの構造。
外周側の第１のステータと内周側の第２のステータとを別に制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータの構造。